2019物理同步大讲堂人教必修二课件:6.5 宇宙航行2 .ppt
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1、5.宇宙航行,一、人造地球卫星 1.牛顿的设想:如图所示,把物体水平抛出,如果速度 _,物体就不再落回地面,它将绕地球运动,成为 _。,足够大,人造地球卫星,2.近地卫星的速度: (1)原理:飞行器绕地球做匀速圆周运动,运动所需的向 心力由万有引力提供,所以 =_,解得:v= _。 (2)结果:用地球半径R代表近地卫星到地心的距离r, 可算出:v= m/s=_km/s。,7.9,二、宇宙速度,7.9,匀速圆周运动,11.2,地球,16.7,太阳,最小,三、梦想成真 1.1957年10月4日_成功发射了第一颗人造地球 卫星。 2.1961年4月12日,苏联空军少校_进入“东方一 号”载人飞船,铸
2、就了人类进入太空的丰碑。,前苏联,加加林,3.1969年7月,美国“阿波罗11号”飞船登上_。 4.2003年10月15日,我国“神舟五号”宇宙飞船发射成 功,把中国第一位航天员_送入太空。,月球,杨利伟,【思考辨析】 (1)第一宇宙速度是发射卫星的最小速度。 ( ) (2)无论从哪个星球上发射卫星,发射速度都要大于7.9km/s。 ( ) (3)当发射速度v7.9km/s时,卫星将脱离地球的吸引,不再绕地球运动。 ( ),(4)地球所有的卫星在轨道上的运行速度都为7.9km/s。 ( ) (5)人造地球卫星离地面越高,运动速度越小。 ( ),提示:(1)。只有发射速度大于等于第一宇宙速度,卫
3、星才能不落回地面,第一宇宙速度是最小发射速度。 (2)。不同星球的第一宇宙速度不同。 (3)。使卫星脱离地球引力束缚的最小发射速度是11.2km/s。,(4)。地球所有的卫星在轨道上的运行速度都小于或 等于7.9km/s。 (5)。由 得卫星的速度为v= ,故卫 星离地面越高,运动半径越大,速度越小。,【生活链接】 1.能不能在地面上发射一颗与北纬30纬线共面的人造卫星? 提示:不能。卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,卫星所受的万有引力指向地心,所以卫星轨道的圆心一定在地心上。,2.通常情况下人造卫星总是向东发射的,为什么? 提示:由于地球的自转由西向东,如果我们顺着地球自转的方向,即向东
4、发射卫星,就可以充分利用地球自转的速度,节省发射所需要的能量。,知识点一 第一宇宙速度及其理解 探究导入: 发射卫星,要有足够大的速度才行,请思考:,(1)不同星球的第一宇宙速度是否相同?第一宇宙速度的决定因素是什么? (2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小? 提示:(1)不同星球的第一宇宙速度不同,第一宇宙速度与星球的质量、半径有关。 (2)卫星轨道越高需要的发射速度越大。,【归纳总结】 1.认识第一宇宙速度:第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度,即近地卫星的环绕速度。,2.第一宇宙速度的计算式: (1) :由 推导可得v= 。 (2)v= :由m
5、g= 推导可得v= 。,3.第一宇宙速度的理解: (1)“最小发射速度”:发射卫星时,卫星远离地球要克服地球对它的引力,所以,发射速度越大,卫星发射轨道的远地点越高。如图:,近地轨道是人造卫星的最低运行轨道,而近地轨道的发射速度是第一宇宙速度,所以第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度。,(2)“最大环绕速度”:卫星定轨做匀速圆周运动时,由 可得v= 所以轨道半径越小,线速度越 大,如图:,所以在环绕地球匀速圆周运动的这些卫星中,近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。,【易错提醒】 (1)近地卫星距离地面的高度远小于地球半径,故它的运行轨道半径约等于地球半径。 (2)三个宇宙速度分别为三
6、种不同情况下在地球表面发射卫星的最小发射速度,不同星球的第一宇宙速度不同。,【典题通关】 考查角度1 第一宇宙速度的理解 【典例1】(多选)(2017邢台高一检测)关于第一宇宙速度,以下叙述正确的是 世纪金榜导学号35684052( ),A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度 C.它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是人造卫星发射时的最大速度,【正确解答】选B、C。第一宇宙速度是指卫星围绕天 体表面做匀速圆周运动的线速度,满足关系 = 即v= ,且由该式知,它是最大环绕速度;卫 星发射得越高,需要的发射速度越大,故第一宇宙速度 等于最小发射
7、速度,选项B、C正确。,考查角度2 第一宇宙速度的计算 【典例2】(2014江苏高考)已知地球的质量约为火星 质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,则航天器 在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为 ( ) 世纪金榜导学号35684053 A.3.5km/s B.5.0km/s C.17.7km/s D.35.2km/s,【正确解答】选A。构建公转模型,对卫星由万有引力 提供向心力,有 对近地卫星v近地= 同理对航天器有v航= 联立两式有 而v近地=7.9km/s,解得v航=3.5km/s,A项正确。,【规律方法】计算第一宇宙速度的两个方法 (1)根据星球表面的重力加速度可计算它的第
8、一宇宙速 度,依据是mg= 。 (2)根据星球的近地卫星的运动情况可计算它的第一宇 宙速度,依据是,【过关训练】 1.关于宇宙速度的说法,正确的是 ( ) A.第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度 B.第一宇宙速度是地球同步卫星的发射速度 C.人造地球卫星运行时的速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 D.第三宇宙速度是物体逃离地球的最小速度,【解析】选A。第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度,同时也是人造地球卫星的最大运行速度,故A对,B、C错;第二宇宙速度是物体逃离地球的最小速度,D错。,2.假设地球的质量不变,而地球的半径增大到原来半径的2倍,那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的
9、大小应为原来的 ( ) A. 倍 B. C. D.2倍,【解析】选B。因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的 线速度,此时卫星的轨道半径近似地认为是地球的半径, 且地球对卫星的万有引力充当向心力。故公式 成立,解得v= ,因此,当M不变,R增加为2R时, v减小为原来的 ,选项B正确。,【补偿训练】 1.有宇航员站在月球表面上做自由落体实验,将某物体由距月球表面高h处释放,经时间t后落到月球表面,若月球半径为R,据上述信息可推出月球的第一宇宙速度约为 ( ),【解析】选B。由 可得 根据第一宇宙 速度的计算公式 可得 选项B正确。,2.地球的半径为R,地表的重力加速度为g,万有引力常量为G,求:
10、(1)第一宇宙速度(用g、R表示)。 (2)卫星以第一宇宙速度环绕地球的周期(用g、R表示)。,【解析】(1)若不考虑地球的自转,则 所以第一宇宙速度v= 。 (2)卫星以第一宇宙速度环绕地球的周期: 答案:(1) (2)2,知识点二 人造地球卫星 探究导入: 在地球的周围,有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动,请思考:,(1)这些卫星的轨道平面有什么特点? (2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢? 提示:(1)这些卫星的轨道平面一定过地心。 (2)人造地球卫星的线速度、角速度、周期随卫星轨道半径的变化而变化。,【归纳总结】 1.卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的
11、关系:,2.人造卫星的轨道:卫星绕地球做匀速圆周运动时,由地球对它的万有引力充当向心力,因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合。,3.地球同步卫星: (1)概念:相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星,叫作地球同步卫星。 (2)特点。 确定的转动方向:和地球自转方向一致; 确定的周期:和地球自转周期相同,即T=24h;,确定的角速度:等于地球自转的角速度; 确定的轨道平面:所有的同步卫星都在赤道的正上方,其轨道平面必须与赤道平面重合; 确定的高度:离地面高度固定不变(3.6104km); 确定的环绕速率:线速度大小一定(3.1103m/s)。,【特别提醒】 (1)地球卫星的v、T
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